DE2555177A1

DE2555177A1 - Mischkopf

Info

Publication number: DE2555177A1
Application number: DE19752555177
Authority: DE
Inventors: Dietrich Muehle
Original assignee: Upjohn Co
Current assignee: Pharmacia and Upjohn Co
Priority date: 1975-12-08
Filing date: 1975-12-08
Publication date: 1977-06-30
Also published as: FR2334482A1; JPS5269965A; US4092118A; DE2555177B2; GB1522119A; IT1067333B

Description

PATENTANWÄLTE

HENKEL, KERN, FEILER & HÄNZEL

BAYERISCHE HYPOTHI KEN- UND

ΤΜ.ΓΧ: 0* 2» 802 HNKL D E DlJ ARD-SC H MID-STR ASSF "" WfCHSELBANKMÜNCHEN ^.318-85111

TO-EFON: (0 89) 66 3197. 66 30 91-92 ' " " DRESDNER BANK MÜNCHEN 3 914

π hpsoid München Ο'⁸⁰⁰⁰ MÜNCHEN 90 Postscheck: München ,62.47 - m

THE UPJOHN COMPANY a QEZ-19/5 Kalaaazoo. Michigan, USA

Mischkopf

Di« Erfindung betrifft «inen Mischkopf si» Erzeugen eines vorzugsweise chemisch reaktionsfähigen Gemisches aus mindestens zwei Kunststoffkonponenten mit einer Mischkaseer, die Bintrittsöffnungen für die einseinen Kunetstoffkomponenten und eine Auetrittsöffnung für das Kunststoffkonponenten-Gemlsch besitzt, sowie mit einen in der Mischkammer angeordneten querschnittegleichen Ausstoßkolben, der aus einer die Eintrittsöffnungen offenlassenden hinteren Stellung bis in den Bereich der vorderen Austrittsöffnung hin« und hergehend beweg· bar 1st, wobei die Eintrittsöffnungen gegenüber der Misch· kaasser gleichseitig abgesperrt werden.

Bei einem bekannten Mischkopf dieser Art öffnen und schließen wechselweise upid gleichseitig die Eintrittsöffnungen fUr die einzelnen Kunststoffkonponenten, ohne daß besondere Steuerungsmittel für das Offnen und Schliefen vorgesehen werden müssen, da bei der hin- und hergehenden Bewegung des Ausstoßkolben« die Eintrittsöffnungen jeweils

z/be

Λ.

überfahren werden. Mit dem GemischauastoS ist ferner verbunden die Reinigung der Mlschkaismerwandung von Oelalschresten« die durch den mit der Mischkammer querschnittsgleichen Ausstoßkolben beim Ausfahren entfernt werden.

Der Beginn des Einspritzvorganges bzw. der sogenannten Schußzeit wird mit dem Beginn der Bewegung des Ausstoß· kolbens festgelegt« was aber in manchen Fällen zu ttngenauigkeiten bei der Dosierung der Menge der Kunststoff* komponenten führt» und zwar deshalb, weil der Ausstoß· kolben zu Beginn seiner Bewegung aus der einen in die andere Endstellung erst "losgerissen" werden muß. Ins* besondere bei eines größeren zeitlichen Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schüssen neigt der Ausstoßkolben nämlich dazu« etwas in seiner einen Bndstellung zu "verkleben"· Dies hat aber zur Folge« daß die tatsächliche Schußzelt geringer 1st als die theoretische bzw. als die gewünschte Schußzeit« so daß auch die Dosiermenge der Kunetstoffkonponenten zu klein 1st« was zu unbrauchbaren Schaumstoffprodukten führt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde« dem vorgenannten Nachteil abzuhelfen und einen verbesserten Mischkopf in Vorschlag zu bringen« der eine wesentlich genauere Dosierung ermöglicht« als dies bisher der Fall war. Diese Aufgabe wird erfindungageaäß dadurch gelöst« daß der Beginn der Schußzeit durch ein Abtasten der Stellung des Ausstoßkolben steuerbar 1st.

Da somit erfindungsgemäß die Sohußzeit bzw. der Beginn der Schuflzelt direkt durch ein Abtasten der Stellung des Ausstoßkolbens erfolgt« werden jegliche zeitlichen Verzögerungen zwischen der Bewegung des Ausstoßkolben und dem Lauf der Schußzeit vermieden· Mit anderen Worten die theoretisch berechnete und erforderliche Sohußzeit stimmt genau mit der tatsächlichen Sohußzeit Ubereln.

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Bin· bevorzugte AusfUhrungefons der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dafi dor Beginn der Schuflzeit der Zeltpunkt der Freigabe der Eintrittsöffnungen duroh den Ausstoßkolben ist·

Ein· ander· bevorzugte Ausführung*?orm der Erfindung 1st dadurch gekennzeichnet, dafi zur Abtastung der den Beginn der Schuizelt festlegenden Stellung des AusstoSkolbens ein Endschalter vorgesehen ist.

Bs wird bevorzugt, daß der Endschalter durch einen hin» und hergehend beweglichen StUSeI betätigbar 1st« der in eine« Ende eines Druckzylinder« angeordnet 1st* der einen doppelt wirkenden Arbeitskolben und einen Teil des hieralt fest verbundenen Ausstodkolbens aufnimmt«

Zur näheren Erläuterung der Erfindung dient die nach· folgende Beschreibung eines Ausführungebeiepielea, das In der beiliegenden Zeichnung dargestellt 1st· In der Zeiohmmg zeigen:

Figur 1 ein Flußschema der geaaaten Einspritzvorrichtung Bit Mischkopf}

Figur 2 einen Mittelsehnitt durch den in Fig. 1 nur

scheeatisch dargestellten Hochdruck-Mischkopf.

Zn Figur 1 ist schanktisch in For* eines Fluflsohemi die gesamte Einspritzvorrichtune «it Nischkopf dargestellt, und nmr far zwei verschiedene Kunststoffkoeponenten, nobel für «ehr als zwei Kunstatoffkcejponenten sich ein« analoge Erweiterung dieses FluSsohaams ergibt»

Der Ströeiungskreislauf der Kunststoffkoaponenten bestellt · in StrÖBftmgerichtung - aus Vorratsbehälter 1, Puape (z.B.

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,α.

Radialkolbenpumpe) 2, Zulaufleitung j5j Mischkopf 4 mit Einlaßventil 5* Rücklaufleitung 6, Absperrventil 7 und Kühler 8. Zwischen Zulauf leitung 3 und Rücklaufleitung 6 ist ein Druckbegrenzungsventil 9 an einer solchen Stelle eingeschaltet, daß die Pumpe 2 mit dem Vorratsbehälter 1 einen Strömungskreislauf bildet. Zwischen die Zulaufleitung 3 und die Rücklaufleitung 6 ist außerdem ein Bypass 10 zwischengeschaltet, und zwar an einer solchen Stelle, daß ein Kreislauf gebildet wird über Vorratsbehälter 1, Pumpe 2, Bypass 10, Absperrventil 7 und Kühler 8.

Während der Rezirkulationsphase erfolgt die Strömung längs der mit durchgehenden Linien gezeichneten Pfeil^ wobei in Folge geeigneter Wahl der Strömungsquerschnitte nur die wesentlich kleinere Teilmenge durch das Einlaßventil 5 rezirkuliert, denn der größte Teil der Kunststoffkomponente wird durch den Bypass 10 rezirkuliert. Während des durch einschließen des Absperrventiles 7 eingeleiteten Einspritzvorganges erfolgt die Zufuhr der Kunststoffkomponente zum Einlaßventil 5 zusätzlich zur Zulaufleitung 3 auch noch über einen Teil der Rücklauf leitung 6, und zwar in Richtung des mit gestrichelten Linien gezeichneten Pfeiles.

Die vorstehenden Darlegungen gelten analog bezüglich des Kreislaufes der anderen Kunststoffkomponente, der in Figur 1 im rechten Teil der Zeichnung dargestellt ist, wobei die gleichen Teile mit denselben Bezugszeichen und mit einem zusätzlichen Beistrich versehen sind. Auf eine nochmalige Beschreibung kann deshalb verzichtet werden·

Von dem in Figur 2 in allen Einzelheiten dargestellten eigentlichen Hochdruck-Mischkopf sind nachstehend nur die für die Funktion wichtigen Teile beschrieben.

Der Mischkopf 4 weist einen zentralen Ausstoßkolben 11

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auf, der in eine kreiszylindrische Kischkammer 12 gleichen Querschnitts eingeläppt ist. Der in Figur 2 in seiner oberen bzw. hinteren Sndstellung dargestellte Ausstoßkolben 11 wird durch einen hiermit fest verbundenen Arbeitskolben 13 hjn- und hergehend betätigt, und zwar zwischen der in Figur 2 dargestellten hinteren Sndstellung und einer vorderen Endstellung, in der das vordere Ende des AusstoSkolbens 11 mit dem freien Ende der zylindrischen Mischkammer 12 bündig abschließt. Die Betätigung des in einem Druckzylinder 14 angeordneten Arbeitskolbens 13 erfolgt durch Zufuhr eines pneumatischen oder hydraulischen Druckmediums zu der einen oder zu der anderen Kolbenseite. Von den für die Zufuhr benötigten Anschlüssen ist nur der eine (15) näher dargestellt.

In geringem Abstand von der hinteren Endstellung des Ausstoßkolbens 11 sind zwei einander gegenüberliegende Eintrittsöffnungen 16 und 16' in der Mischkammerwandung angeordnet, die zur Zufuhr der beiden Kunst^toffkomponenten in die Mischkammer 1? während des Sinspritzvorganges dienen. Die beiden öffnungen 16 und Id¹ sind in gleicher Höhe bzw. auf gleichem Radius angeordnet, so da3 sie gleichzeitig durch den Ausstoßkolben 11 geöffnet werden, was zur Vermeidung eines unerwünschten Vorlaufes erforderlich ist.

Den beiden Eintrittsöffnungen 16 und 16' sind die zugeordneten Einlaßventile 5 und 5^! unmittelbar^benachbart, deren Ventilkegel 17 und 17' mit Ventilsity 13 und 18' entsprechender Formgebung zusammenarbeiten. Um ein selbsttätiges druckabhängiges öffnen und Schließen der Einlaßventile 5 und 5¹ zu gewährleisten, sind Druckfedern 19 und 19¹ vorgesehen, so daß aufgesonderte Mittel zur Betätigung der Einlaßventile verzichtet werden kann. Eine Einstellung der Härte der Druckfedern 19, 19' er-

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folgt fiber Einstellbuchsen 20 und 20^f, wodurch die Größe des öffmingsdruckes der Einlaßventile 5 und 5^! in sehr einfacher Weise eingestellt werden kann. Dieser öffnungsdruck muß naturgemäß höher als der Rezlrkulationsdruck gewählt werden.

Die Einlaßventile 5 und 5' sind in Ventilkammern 21 und 21' hin- und hergehend beweglich angeordnet. Da der den mittleren Teil bildende Ventilschaft der Einlaiventile 5 und 5* einen wesentlich geringeren Durchmesser als die zugeordnete Ventilkammer aufweist, ist ein Ringraum mit relativ großem Querschnitt vorhanden, der bei der Rezirkulation durchströmt wird, ohne daß hierdurch eine unerwünschte Druckerhöhrung stattfinden würde. Bei der Rezirkulation tritt die Kunststoffkomponente über das Zuleitungsrohr 3 bzw. J5¹ in die Ventilkammer 21 bzw. 21^f ein^und sie verläßt diese über die nicht dargestellte Rücklaufleitung 6 bzw. 6¹, wobei sich die beiden Einlaßventile 5 und 5¹ in der in Figur 2 gezeigten Schließstellung befinden.

Durch die beiden mit ihren Achsen rechtwinklig zur Mischkammer und zum Ausstoßkolben angeordneten Einlaßventile wird somit ein Einwirken der Kunststoffkomponenten auf den Ausstoßkolben und auf die Mischkammer während der oft relativ langdauernden Rezirkulationsphase vermieden, so daß keine Dichtungs- oder Verklebungsprobleme bestehen. Außerdem kann die Rezirkulation unter einem relativ niedrigen Druck von ca. ^O atii durchgeführt werden, da an sämtlichen Stellen des Strömungskreislaufes ausreichend hohe Strömungsquerschnitte zur Verfugung stehen, denn die Rezirkulation muß nicht über die Mischkammereintrittsöffnungen erfolgen. Sehr günstig ist ferner in diesem Zusammenhang die Tatsache, daß durch den erfindungsgemäßen Mischkopf ohnehin nur eine sehr geringe Teilmenge rezirkuliert, da der größte Teil

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der Kunststoffmenge durch den Bypass 10 rezirkuliert.

Beim Umschalten von Rezirkulation auf Einspritzen wird zunächst - z.B. durch einen nicht dargestellten Handknopf - das Absperrventil 7 geschlossen, so daß die gesamte Kunststoffkomponentenmenge, die von der Förderpumpe 2 geliefert wird, über die Zulaufleitung und den einen Teil der RiIc kl auf leitung 6 in die Ventilkammer des Einlaßventiles 5 gefördert wird. Das gleiche gilt bezüglich der anderen Kunststoffkomponente bzw. bezüglich des gegenüberliegenden Sinlaßventiles 5'. Da zunächst die Kunststoffkomponenten an keiner Stelle entweichen können, baut sich in dem gesamten System sehr rasch der erforderliche hohe Einspritzdruck von mehr als 100 atü auf, wobei die genaue Einstellung des gewünschten hohen Einspritzdruckes über das Druckbegrenzungsventil 9 bzw. 9¹ erfolgt. 3ei oder kurz vor Erreichen des gewünschten Einspritzdruckes öffnen die beiden Einlaßventile 5, 5^! und kurz nach diesen öffnen wird der zuvor in der » Endlage befindliehe Ausstoßkolben 11 in die in Figur ? dargestellte hintere Endstellung verfahren. Um eine möglichst genaue Dosierung zu erreichen, 1st es nämlich zweckmäßig, die Dosierung allein durch den Ausstoßkolben vornehmen zu lassen, weshalb die beiden Einlaßventile 5, 5' schon kurz bevor der Ausstoßkolben 11 die Eintrittsöffnungen 16, 16' freigibt, geöffnet werden.

Die Einspritz- bzw. Schußzeit wird in nachstehend noch näher beschriebener Weise direkt durch die Stellung des Ausstoßkolbens 11 gesteuert, wodurch sich eine besonders exakte Dosierung ergibt. Die Beendigung des Einspritzvorganges erfolgt hierbei durch Verfahren des Ausstoßkolbens aus der hinteren Endstellung in die vordere Endstellung, wo das vordere Ende des Ausstoßkolbens 11 mit dem freien

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Ende der Mischkammer 12 bündig abschließt, so daß etwaige Gemischreste aus der Mischkammer 12 vollständig ausgestoßen werden, was ebenfalls für eine exakte Dosierung sehr günstig ist. Während oder unmittelbar nach Beendigung dieses Ausstoßvorganges wird das Absperrventil 7 geöffnet, so daß die !Anschaltung auf Rezirkulation erfolgt. Der Übergang vom Einspritzvorgang zur Rezirkulation hat ein sofortiges Abfallen des hohen Sinspritzdruckes von mehr als 100 atü auf den niedrigen Rezirkulationsdruck von ca. 30 atü zur Folge. Hiermit gleichzeitig schließen die beiden Einlaßventile 5 und 5' selbsttätig aufgrund des Druckabfalles.

Eine besonders exakte Dosierung der eingespritzten Kunststoffkomponentenmengen läßt sich wie folgt erreichen.

Das dem Austritt des Ausstoßkolbens 11 gegenüberliegende Ende des Druckzylinders I^ weist einen federbelasteten Stößel 30 auf, der in dem Druckzylinderende in Längsrichtung des Druckzylinders 14 hin- und hergehend beweglich angeordnet ist und mit einem außerhalb des Druckzylinders I²J- angeordneten Endschalter 31 zusammenarbeitet bzw. den Endschalter 31 betätigt. Wie aus Figur 2 der Zeichnung ersichtlich, arbeitet der federbelastete Stößel 30 mit der einen Stirnseite des Arbeitskolbens 13 derart zusammen, daß bei einer bestimmten Stellung des Arbeitskolbens 13 und des Ausstoßkolbens der Stößel 30 und der Endschalter 31 betätigt werden. Die Stellung, bei der eine Betätigung des Endschalters erfolgt, ist nun derart gewählt, daß diese Betätigung beim Überfahren der Einlaßöffnungen 16 durch das Ende des Ausstoßkolbens 11 erfolgt. Dieser Betätigungszeitpunkt (Zeitpunkt des überfahrens bzw. der Freigabe der Eintrittsöffungen 16, 16¹ durch das untere Ende des

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Ausstoßkolbens 11) wird nun als Hegirin der sogenannten Cchußzeit (Beginn des EinspritzvorgangefO festgelegt. Mit anderen Worten, die ochußzeit wird direkt durch den Ausstoßkolben 11 bzw. durch ein Abtasten der Stellung des Ausstoßkolbens 11 gesteuert. Hierdurch läßt sich eine wesentlich genauere Dosierung der Einspritzmengen erzielen als dies bislang bei den bekannten Mischköpfen der Fall war, denn bei den bekannten Mischköpfen erfolgen der Lauf der Schußzeit und der Bewegung des Ausstoßkolbens unabhängig voneinander bzw. diese beiden Vorgänge werden zunächst gleichzeitig durch einen Impuls ausgelöst. Dies hat aber den großen Nachteil zur Folge, daß in den Fällen, wo der Ausstoßkolben sich zu Beginn seiner Bewegung zunächst einmal erst "losreißen" muß, Ungenauigkeiten bei der Dosierung auftreten, denn in diesen Fällen ist die praktische Schußzeit kleiner als die berechnete SchuSzeit. Die Schußzeit wird nämlich um die Zeitdauer verkürzt, um die der Ausstoßkolben zu Beginn seiner Bewegung "zu langsam ist". Relativ häufig sind derartige Fälle in der Praxis vor allem dann,wenn der zeitliche Abstand zwischen zwei verschiedenen Schüssen relativ groß ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Mischkopf v/erden die vorgenannten Schwierigkeiten sehr einfach dadurch vermieden, daß die Schußzeit bzw. die ivhußdauer direkt durch den Ausstoßkolben gesteuert bzw. ausgelöst wird, so daß sichergestellt ist, daß zu Beginn der Schußzeit sofort mit dem Einspritzvorgang begonnen wird, ohne daß irgendwelche zeitlichen Verzögerungen auftreten, die zu geringe Dosiermengen ergeben.

Am Ende der Schußzeit, deren Dauer durch eine beliebige bekannte nicht dargestellte Vorrichtung eingestellt werden kann, werden der Arbeitskolben I^ und hiermit gleichzeitig der Ausstoßkolben 11 aus der in Figur 2 dargestellten Endstellung in die gegenüberliegende End-

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stellung verfahren. Der Zeitpunkt des überfahrens der Eintrittsöffnungen 16, 16'durch das eine Ende des Ausstoßkolbens 11 wird hierbei als Endzeitpunkt der Schußzeit festgelegt, so daß die gewählte Schußzeit mit der tatsächlichen Schußzeit bzw. mit der tatsächlichen Zeitdauer des Einspritzvorganges genau übereinstimmt.

Anstelle von Druckluft oder anstelle des üblichen Hydrauliköles kann als Druckmedium zur Betätigung des Arbeitskolbens 13 Dioktyl phtalat benutzt werden, wodurch unerwünschte Reaktionen zwischen dem Druckmedium (zur Betätigung des Arbeitskolbens Γ5) und den Kunststoffkomponenten vermieden werden, da Dioktylphtalat mit den üblicherweise in Anwendung kommenden Kunststoffkomponenten nicht chemisch reagiert, was hingegen bei Hydrauliköl der Fall ist. Eine derart unerwünschte chemische Reaktion kann somit erfindungsgemäß selbst dann vermieden werden, falls ein dünner Film an Druckmedium' och durch den Ausstoßkolben 11 aus der einen Arbeitskammer des Druckzylinders l4 in die Mischkammer 12 trotz der zwischengeschalteten Dichtungen 2 und j5 transportiert werden sollte.

Der Mischkopf wird vornehmlich zur Herstellung von Polyurethanschaumstoffen verwendet, und zwar insbesondere auch zur Herstellung von Polstern, von Automobilsitzen u. dgl. Bei der Herstellung eines derartigen Polyurethanschaumstoffes bestehen die beiden Kunststoffkomponenten aus Toluoldiisozyanat und Polyol.

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Leerseite

Claims

Pa tintiniprO cht

1·) Mischkopf »μ Erzeugen eines vorzugsweise che-■lMh reaktionsfIhigen Geaisehes au« Mindestens zwei KuRStstoffkoRpcnenten nit einer Mlschtwor» di· Eintrlttsgffnungen für dl· einzelnen Kunststoff· mpoeten und eine AustrittsBffnung für des Kunst· steffk&vponenten^ecnisoh besitzt, sowie «it «inta In der Hieohiauneer Bn&*ardn*t9n qu«r»chnitt?^l«ich«B Ausstodieolbtn« der aus einer die Elntrltteöffnimgen offentaeeeaden hinteren Stellung bis in den Bereieh der Auetrittiöffnung hin* und hergehend be· wegbar ist» wtfbei die BlntrittstSffnungen gegenüber der MlaotHri—tr gleichseitig abgesperrt werden, dadurch gekennzeichnet, daJ der Beginn der Sehuiseit durch ein Abtasten der Stellung des AussteSkDlbens(ll) steuerbar ist«

2· Mischkopf geaSl Anspruch 1, dadurch ge· kennseiehnet* dal der Beginn der Sehus· seit der Zeitpunkt der Freigabe der BintrittsSff· mangen (16, 16*) durch den Ausstofkolben (11) ist·

3· Mischkopf g—Mi Anspruch 1 oder 2« dadurch gekennzeichnet, dat sur Abtastung der dm Beginn 4er Sehuiseit festlegenden stellung des AttssteSkelsens (U) ein Endschalter <J1) vgee ist.

k* Mischkopf genii Anspruch 3* dadurch ge· kennzeichnet, dal der Endschalter (31) durch einen hin· und hergehend beweglichen Stftfel (30) betätigbar ist, «er la eine« lade eines Druckzylinders

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., ■; ORIGINAL INSPECTED

angeordnet 1st« der einen doppelt wirkenden Arbeitekolben (13) und einen Teil des hiereit feat verbundenen Ausstofikolbens (11) aufnlasrt.

5.Mischkopf geaMB Anspruch k_t dadurch gekennzeichnet, daS das Druckmedium zur Betätigung des Arbeitskolben« (13) wischen zwei Endstellungen innerhalb des Druckzylinders (14) IHoktylphtalat ist.

6. Mischkopf gemäß einem der vorstehenden Anspruch·, dadurch gekennzeichnet» daß jeder Eintrittsöffnung (16, 16') ein Einlaßventil (5# 5') zugeordnet ist, das sich bei eines Rück* lauf der Kunststoffkoaponenten in seiner Schließ· stellung befindet und wodurch die Kunststoffkompo» nenten jeweils unter Niederdruck ie Rücklauf zirkulieren·

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